KREQC: Kentucky's Rotationally Emulated Quantum Computer: 9 Kauj Ruam

2024 Tus sau: John Day | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-01-30 09:26

Peb hu nws "creek" - sau KREQC: Kentucky's Rotationally Emulated Quantum Computer. Yog lawm, cov lus qhia no yuav qhia koj yuav ua li cas ua koj tus kheej lub tshuab ua haujlwm quantum uas ua haujlwm tau zoo ntawm chav sov nrog qhov tsawg kawg ntawm lub sijhawm kwv yees li ntawm 1/2 thib ob. Tag nrho tus nqi tsim yog $ 50- $ 100.

Tsis zoo li IBM Q lub khoos phis tawj quantum lub computer qhia hauv daim duab thib ob, KREQC tsis ncaj qha siv quantum physics tshwm sim los siv nws qhov qub-entangled qubits. Zoo, kuv xav tias peb tuaj yeem sib cav txhua yam siv quantum physics, tab sis nws tsuas yog qhov kev tswj hwm kev tswj hwm uas siv Einstein qhov "ua kom txaus ntshai ntawm qhov deb" hauv KREQC. Ntawm qhov tod tes, cov kev pabcuam pub rau KREQC ua raws tus cwj pwm zoo dua, ua rau kev ua haujlwm yooj yim pom thiab piav qhia. Hais lus piav qhia….

Kauj Ruam 1: Dab Tsi Quantum Computer?

Ua ntej muab peb cov lus piav qhia, ntawm no yog qhov txuas rau cov lus piav qhia zoo los ntawm IBM Q Cov ntaub ntawv kev paub dhau los. Tam sim no peb yuav coj peb qhov kev txhaj tshuaj….

Tsis muaj qhov tsis ntseeg, koj tau hnov ntau dua me ntsis (lub hom phiaj xav tau) txog yuav ua li cas qubits muab lub peev xwm ua kom muaj nuj nqis ntawm cov tshuab computer. Lub tswv yim yooj yim yog tias thaum me ntsis zoo ib yam tuaj yeem yog 0 lossis 1, qubit tuaj yeem yog 0, 1, lossis tsis paub meej. Los ntawm nws tus kheej, uas tsis zoo li muaj txiaj ntsig tshwj xeeb - thiab nrog tsuas yog ib qubit nws tsis yog - tab sis ntau qhov qub entangled muaj cov cuab yeej muaj txiaj ntsig zoo uas lawv qhov tseem ceeb tsis tau muaj peev xwm tuaj yeem npog txhua qhov ua ke ntawm cov txiaj ntsig me me. Piv txwv li, 6 cov khoom tuaj yeem muaj ib tus nqi los ntawm 0 txog 63 (piv txwv li, 2^6), thaum 6 qubits tuaj yeem muaj tus nqi tsis paub meej uas yog txhua qhov txiaj ntsig ntawm 0 txog 63 nrog qhov muaj peev xwm sib txawv qhov tshwm sim cuam tshuam nrog txhua tus nqi tau. Thaum tus nqi ntawm qubit raug nyeem, qhov tseem ceeb ntawm nws thiab txhua qubits cuam tshuam nrog nws tau txiav txim siab, nrog tus nqi ib leeg nyeem rau txhua lub qubit raug xaiv raws li qhov tshwm sim; yog tias tus nqi tsis tau txiav txim siab yog 75% 42 thiab 25% 0, tom qab kwv yees li 3 tawm ntawm txhua plaub zaug ntawm kev suav xam quantum tau ua tiav, qhov tshwm sim yuav yog 42 thiab lwm lub sijhawm nws yuav yog 0. Lub ntsiab lus tseem ceeb yog qhov kev ntsuas quantum ntsuas txhua qhov muaj txiaj ntsig tau thiab rov qab ib qho (ntawm qhov muaj peev xwm ntau) cov lus teb siv tau, sim ntau qhov txiaj ntsig ib txhij - thiab qhov ntawd yog qhov txaus siab. Nws yuav siv 64 6-ntsis tshuab los ua dab tsi ib 6-qubit system tuaj yeem ua.

Txhua ntawm KREQC's 6 qhov qub-entangled qubits tuaj yeem muaj tus nqi hloov pauv uas yog 0, 1, lossis tsis paub meej. Tus nqi sib npaug uas tsis tau txiav txim siab yog sawv cev los ntawm txhua tus qubits nyob hauv txoj haujlwm kab rov tav. Raws li kev suav cov lej nce ntxiv, qhov tshwm sim ntawm qhov sib txawv ntawm qhov tseem ceeb hloov pauv - sawv cev hauv KREQC los ntawm tus neeg qubits wobbling thiab kwv yees cov haujlwm txoj haujlwm suav nrog qhov tshwm sim ntawm qhov muaj txiaj ntsig. Thaum kawg, kev suav cov lej tau txiav tawm los ntawm kev ntsuas cov qub qub uas cuam tshuam, uas ua rau qhov tsis tau txiav txim siab tus nqi mus rau qhov txiav txim siab ua ntu zus ntawm 0s thiab 1s. Hauv cov vis dis aus saum toj no, koj pom KREQC suav "lo lus teb rau lo lus nug kawg ntawm lub neej, ntiaj teb, thiab txhua yam" - hauv lwm lo lus, 42 … pem hauv ntej.

Tau kawg, muaj qee qhov teeb meem nrog cov khoos phis tawj quantum, thiab KREQC raug kev txom nyem rau lawv ib yam. Ib qho pom tseeb yog tias peb xav tau ntau lab tus qubits, tsis yog 6. Txawm li cas los xij, nws tseem ceeb heev uas yuav tsum nco ntsoov tias quantum khoos phis tawj tsuas yog siv cov kev sib cav sib cav - tsis zoo li qhov peb cov kws khoos phis tawj hu ua lub xeev tshuab. Yeej, qhov ntawd txhais tau tias lub tshuab quantum los ntawm nws tus kheej tsis muaj peev xwm ntau dua li Turing tshuab lossis lub khoos phis tawj siv tau. Hauv KREQC qhov xwm txheej, peb siv lub xeev cov tshuab los ntawm kev tswj KREQC siv lub khoos phis tawj siv los ua ntu ntu ntawm kev suav cov lej, ib zaug hauv ib lub xeev-mus ntsib hauv lub xeev lub tshuab ua tiav.

Yog li, cia peb mus tsim chav ntsuas kub hauv lub computer!

Kauj Ruam 2: Cov Cuab Yeej, Qhov Chaw, thiab Cov Khoom Siv

Tsis muaj ntau rau KREQC, tab sis koj yuav xav tau qee qhov thiab cov cuab yeej. Cia peb pib nrog cov cuab yeej:

• Nkag mus rau tus neeg siv khoom-qib 3D tshuab luam ntawv. Nws yuav tuaj yeem ua rau KREQC lub qubits siv lub tshuab CNC milling thiab ntoo, tab sis nws yooj yim dua thiab zoo dua los ua lawv los ntawm extruding PLA yas. Qhov loj tshaj plaws 3D-luam ib feem yog 180x195x34mm, yog li txhua yam yooj yim dua yog tias lub tshuab luam ntawv muaj lub ntim loj txaus los luam tawm ntawd hauv ib thooj.
• Ib qho hlau txuas. Txhawm rau siv rau vuam PLA qhov chaw.
• Cov tshuab txiav hlau lossis lwm yam uas tuaj yeem txiav cov yas me me 1mm-tuab (cov tshuab raj tshuab raj).
• Xaiv tau, cov cuab yeej ua ntoo los ua lub hauv paus ntoo txhawm rau txhawm rau lub qubits. Lub hauv paus tsis yog qhov xav tau nruj vim tias txhua qhov me me muaj lub hauv paus teeb tsa uas yuav tso cai rau txoj hlua tswj kom khiav tawm sab nraub qaum.

Koj tsis xav tau ntau ntu lossis khoom siv ib yam:

• PLA rau ua qubits. Yog tias luam tawm ntawm 100% sau, nws tseem yuav tsawg dua 700 grams PLA rau qubit; ntawm qhov tsim nyog ntau dua 25% sau, 300 grams yuav yog qhov kwv yees zoo dua. Yog li, 6 qubits tuaj yeem ua siv tsuas yog 2kg spool, ntawm tus nqi khoom ntawm kwv yees li $ 15.
• Ib SG90 micro servo rau qubit. Cov no tuaj yeem npaj tau qis dua $ 2 txhua. Nco ntsoov kom tau txais micro servos uas hais txog 180-degree txoj haujlwm ua haujlwm-koj tsis xav tau 90-degree lossis tsis yog koj xav tau ib qho uas tsim los rau kev sib hloov tas li ntawm qhov sib txawv.
• Ib pawg tswj hwm servo. Muaj ntau txoj kev xaiv, suav nrog siv Arduino, tab sis kev xaiv yooj yim heev yog Pololu Micro Maestro 6-Channel USB Servo Controller uas raug nqi qis dua $ 20. Muaj lwm cov qauv uas tuaj yeem lis 12, 18, lossis 24 raws.
• Cov kab txuas txuas ntxiv rau SG90s raws li xav tau. Cov kab hluav taws xob ntawm SG90s sib txawv hauv qhov ntev me ntsis, tab sis koj yuav xav tau qubits kom raug cais los ntawm yam tsawg kawg ntawm kwv yees li 6 ntiv, yog li yuav tsum txuas cov txuas txuas ntxiv. Cov no tau yooj yim hauv qab $ 0.50 txhua, nyob ntawm qhov ntev.
• Lub hwj chim 5V rau Pololu thiab SG90s. Feem ntau, Pololu tau siv hluav taws xob los ntawm USB txuas rau lub khoos phis tawj, tab sis nws tuaj yeem muaj tswv yim kom muaj lub zog sib cais rau cov neeg siv khoom. Kuv siv 5V 2.5A phab ntsa uas kuv muaj nyob ib puag ncig, tab sis 3A tshiab tuaj yeem yuav tau qis dua $ 5.
• Xaiv tau, 2-sided daim kab xev los tuav yam ua ke. VHB (Very-High Bond) daim kab xev ua haujlwm zoo los tuav lub plhaub sab nrauv ntawm txhua qubit ua ke, txawm hais tias vuam ua haujlwm tau zoo dua yog tias koj tsis xav tau cais nws.
• Xaiv tau, ntoo thiab cov khoom siv tiav rau ua lub hauv paus. Peb tau tsim los ntawm cov khw muag khoom thiab tau tuav ua ke los ntawm cov qhob noom xim kasfes, nrog rau ob peb lub tsho ntawm cov polyurethane kom meej ua qhov kawg.

Txhua tus tau hais, 6-qubit KREQC peb tsim tus nqi kwv yees li $ 50 hauv cov khoom siv.

Kauj Ruam 3: 3D-Luam Qhov Chaw: Sab Hauv

Txhua qhov 3D-luam ib feem tsim muaj dawb raws li Yam 3225678 ntawm Thingiverse. Mus tau koj daim ntawv tam sim no… peb tos….

Ah, rov qab sai? Ok. Qhov tseeb "ntsis" hauv qubit yog ib feem yooj yim uas tau luam tawm hauv ob daim vim nws yooj yim los cuam tshuam nrog vuam ob daim ua ke dua li siv kev txhawb nqa los luam cov ntawv sau ntawm ob sab ntawm ib feem.

Kuv pom zoo luam qhov no hauv cov xim uas sib piv nrog sab nrauv ntawm qubit - dub, piv txwv. Hauv peb cov ntawv, peb tau luam tawm sab saum toj 0.5mm hauv dawb los muab qhov sib piv, tab sis qhov ntawd yuav tsum tau hloov pauv cov ntsiab lus. Yog tias koj tsis xav ua qhov ntawd, koj ib txwm tuaj yeem tsuas yog pleev xim rau ntawm cov "1" thiab "0." Ob qhov no luam tawm yam tsis tau ncua thiab yog li tsis muaj kev txhawb nqa. Peb siv 25% sau thiab 0.25mm extrusion qhov siab.

Kauj Ruam 4: 3D-Luam Qhov Chaw: Sab Nraud

Sab nrauv ib sab ntawm txhua qubit yog me ntsis ntawm cov ntawv yooj yim dua. Ua ntej, cov ntawv no loj thiab tiaj tus, yog li yuav tsum tau nqa ntau los ntawm koj lub txaj luam tawm. Kuv ib txwm luam tawm ntawm iav kub, tab sis cov no xav tau cov ntawv ntxiv ntawm luam tawm ntawm cov xim pleev xim kub rau daim kab xev kom tsis txhob warping. Ib zaug ntxiv, 25% sau thiab 0.25mm txheej qhov siab yuav tsum ntau dua li txaus.

Cov ntu no tseem muaj ob ntu. Cov kab noj hniav uas tuav cov servo tau nthuav dav ntawm ob sab thiab nws yog qhov tseem ceeb uas qhov ntev ntawm kab noj hniav no raug - yog li nws xav tau luam tawm nrog kev txhawb nqa. Cov kab hla txoj kab txuas tsuas yog nyob rau sab nraub qaum, thiab tau tsim los kom tsis txhob muaj qhov tshwj xeeb tsuas yog me ntsis ntawm lub hauv paus. Sab hauv ntawm lub hauv paus ntawm ob daim ntawv thev naus laus zis muaj qhov tsis txhawb nqa rau sab hauv nkhaus ntawm lub hauv paus, tab sis nws tsis muaj teeb meem yog tias ib feem ntawm cov ntawv sau me ntsis, yog li koj tsis xav tau kev txhawb nqa nyob ntawd.

Ib zaug ntxiv, xaiv xim uas sib txawv nrog cov khoom sab hauv yuav ua rau "Q" ntawm qubits pom ntau dua. Txawm hais tias peb tau luam tawm pem hauv ntej nrog "AGGREGATE. ORG" thiab "UKY. EDU" qhov hauv PLA dawb ntawm xiav PLA keeb kwm yav dhau, koj yuav pom qhov sib piv qis dua ntawm kev ua rau lawv lub cev xim kom txaus nyiam dua. Peb zoo siab koj tawm ntawm lawv mus rau ceeb toom rau cov saib saib qhov twg tsim los ntawm, tab sis tsis tas yuav tsum tau pom qhov muag qhov URLs no.

Thaum cov khoom no tau luam tawm, tshem tawm cov ntaub ntawv txhawb nqa thiab xyuas kom cov servo haum nrog ob daim uas tuav ua ke. Yog tias nws tsis haum, txuas ntxiv mus xaiv cov khoom txhawb nqa. Nws yog qhov haum zoo nkauj, tab sis yuav tsum tso cai rau ob qho tib si raug thawb kom yaug ua ke. Daim ntawv ceeb toom tias muaj txhob txwm tsis muaj cov qauv sib dhos hauv cov ntawv luam tawm vim tias txawm tias me ntsis kev sib tsoo yuav ua rau lawv tiv thaiv kev sib dhos.

Kauj Ruam 5: Sib Sau Sab Hauv

Siv ob sab sab hauv thiab kho lawv rov qab-rau-rov qab xws li lub ntsiab lus pivot nyob rau sab laug ntawm "1" kab nce nrog lub ntsiab lus pivot ntawm "0." Koj tuaj yeem tuav lawv ua ke ib ntus nrog 2 daim kab xev yog xav tau, tab sis qhov tseem ceeb yog siv cov hlau kub los txhuam lawv ua ke.

Nws txaus los txuas qhov twg cov npoo tuaj ua ke. Ua qhov no los ntawm thawj qhov vuam siv los ntawm kev siv cov hlau txuas los rub PLA ua ke hla ntug ntawm ob daim ntawm ob peb qhov chaw. Tom qab cov ntu tau raug sib dhos ua ke, khiav cov hlau txuas tag nrho ib puag ncig ntawm lub ntsej muag txhawm rau tsim qhov txuas txuas mus tas li. Ob daim yuav tsum ua ntu uas pom hauv daim duab saum toj no.

Koj tuaj yeem tshawb xyuas qhov haum ntawm qhov txuas no los ntawm kev tso nws mus rau sab nraub qaum. Koj yuav tsum tau qaij nws me ntsis kom tau lub ntsiab lus pivot rau sab uas tsis muaj kab noj hniav servo, tab sis ib zaug hauv, nws yuav tsum tig dawb.

Kauj Ruam 6: Taw qhia Servo thiab teeb lub Horn

Txhawm rau ua qhov no los ua haujlwm, peb yuav tsum muaj kev paub sib tham ncaj qha ntawm kev tswj hwm servo thiab txoj haujlwm tig ntawm servo. Txhua qhov kev pabcuam muaj qhov tsawg kawg thiab qhov siab tshaj plaws ntawm qhov siab uas nws yuav teb. Koj yuav tsum tau tshawb pom cov piv txwv no rau koj cov kev pabcuam, vim tias peb suav txog 180-qib kev txav mus los thiab cov tuam txhab sib txawv tsim SG90s nrog qhov txawv me ntsis (qhov tseeb, lawv kuj muaj qhov sib txawv me ntsis, tab sis lawv yuav tsum nyob ze kom txaus rau haum hauv qhov chaw tso cai). Cia peb hu qhov luv luv mem tes dav "0" thiab ntev tshaj "1".

Nqa ib lub suab raj uas tuaj nrog koj lub servo thiab txiav cov tis tawm nws siv cov tshuab txiav hlau lossis lwm yam cuab yeej tsim nyog - raws li pom hauv daim duab saum toj no. Cov iav zoo heev ntawm qhov kev pabcuam yog qhov nyuaj heev rau 3D-luam tawm, yog li peb yuav siv qhov chaw nruab nrab ntawm ib qho ntawm lub tshuab raj raj rau qhov ntawd. Muab lub tshuab txiav plaub hau txiav rau ntawm ib qho ntawm servos. Tam sim no ntsaws rau hauv servo, teeb nws rau nws "1" txoj haujlwm thiab tso nws rau txoj haujlwm ntawd.

Tej zaum koj yuav pom tias qhov tsis sib piv pivot muaj qhov kab noj hniav cylindrical hauv nws uas yog hais txog qhov loj ntawm lub taub hau iav ntawm koj lub servo-thiab me ntsis me dua li txoj kab uas hla ntawm koj qhov chaw nruab nrab. Siv lub raj kub kub thiab maj mam yaug nws sab hauv ntawm lub qhov hauv qhov pivot thiab tseem nyob ib puag ncig sab nraud ntawm qhov nruab nrab ntawm qhov txiav plaub hau; koj tsis tau sim yaj ib yam, tab sis tsuas yog ua kom lawv muag muag. Tom ntej no, tuav lub servo, thawb lub taub hau ncaj ncaj rau hauv lub qhov nyob hauv qhov piv nrog servo nyob rau hauv dab tsi yuav tsum yog "1" txoj haujlwm - nrog sab hauv qhia qhov "1" thaum servo tau muab tso raws li nws yuav yog so hauv kab noj hniav hauv qhov sab nraub qaum.

Koj yuav tsum pom PLA quav dua ntawm nws tus kheej me ntsis thaum koj thawb lub pob zeb txiav hauv, tsim kom muaj kev sib txuas ruaj khov rau lub raj. Cia qhov nyiaj txias me ntsis thiab tom qab ntawd rub tawm servo. Lub raj mis yuav tsum tam sim no sib koom ua ke kom txaus kom cov servo tuaj yeem ua haujlwm ywj pheej ib feem yam tsis muaj kev ua si tseem ceeb.

Kauj Ruam 7: Sib Sau Txhua Qubit

Tam sim no koj tau npaj los tsim cov qubits. Muab lub sab nraub qaum sab nraub qaum (piv txwv li, lub rooj) xws li cov kab noj hniav ua haujlwm tau tig rov los thiab sawv ntsug tau dai saum lub npoo ntug kom sab nraub qaum sab nraud zaum ncaj. Tam sim no coj cov servo thiab sab hauv txuas los ntawm lub tshuab raj thiab ntxig rau lawv rau sab nraub qaum. Nias lub cable los ntawm servo rau hauv cov channel rau nws.

Thaum txhua yam uas tau zaum yaug tas, tso lub hauv ntej sab nraud hla lub rooj sib txoos. Hook-up servo thiab ua haujlwm thaum tuav lub rooj sib dhos ua ke kom ntseeg tau tias tsis muaj dab tsi khi lossis tsis raug. Tam sim no yog siv VHB daim kab xev lossis siv cov hlau txuas los txhawm rau sab nrauv sab nrauv thiab rov qab ua ke.

Rov ua cov kauj ruam no rau txhua qubit.

Kauj ruam 8: Mounting

Lub hauv paus me me ntawm txhua qubit muaj kev txiav rau sab nraub qaum uas yuav tso cai rau koj los ua haujlwm servo cable tawm sab nraub qaum los txuas rau koj tus tswj, thiab lub hauv paus yog dav txaus rau txhua qubit kom ruaj khov los ntawm nws tus kheej, yog li koj tuaj yeem yooj yim tso txuas cov xov txuas ntawm txhua qhov kev pabcuam thiab khiav lawv kis thoob lub rooj lossis lwm qhov chaw tiaj tus. Txawm li cas los xij, qhov ntawd yuav qhia cov xov hlau txuas lawv….

Kuv xav tias pom cov xov hlau rhuav tshem qhov ua tsis zoo ntawm kev ua phem ntawm qhov deb, yog li kuv nyiam zais cov xov hlau kom tiav. Txhawm rau ua qhov ntawd, txhua yam peb xav tau yog lub platform teeb tsa nrog lub qhov hauv qab txhua qhov qubit uas loj txaus rau qhov kev pabcuam txuas xov tooj kom dhau mus. Tau kawg, peb xav kom txhua qubit nyob qhov twg nws tau tso, yog li muaj peb 1/4-20 tapped qhov hauv lub hauv paus. Lub hom phiaj yog siv lub hauv paus ib, tab sis lwm tus tuaj yeem siv los ua tej yam kom muaj kev nyab xeeb ntau dua lossis yog tias cov xov hauv nruab nrab tau rub tawm los ntawm kev nrawm dua. Yog li, ib qho kev xyaum ua ob qhov sib ze sib xws nyob hauv lub hauv paus rau txhua qubit: ib qho kom dhau 1/4-20 cov ntsia hlau xov, lwm qhov kom dhau qhov kev pabcuam txuas cable.

Txij li 3/4 "ntoo feem ntau, koj yuav zaum siv nws rau saum lub hauv paus-ib yam li kuv tau ua. Hauv qhov xwm txheej ntawd, koj yuav xav tau 1/4-20 ntsia hlau lossis ntsia liaj qhov rooj kwv yees li 1.25" ntev. Koj tuaj yeem yuav lawv ntawm txhua lub khw muag khoom kho vajtse ntawm tus nqi kwv yees li $ 1 rau rau. Xwb, koj tuaj yeem 3D-luam tawm lawv … tab sis kuv pom zoo luam lawv ib zaug yog tias koj luam tawm lawv vim qhov ntawd txo qis qhov tsis xws luag hauv cov ntsia hlau zoo.

Pom tseeb, qhov ntev ntawm lub mount tsis tseem ceeb, tab sis lawv yuav txiav txim siab qhov ntev ntawm cov txuas txuas uas koj xav tau. KREQC tau ua tiav raws li ob kab ntawm peb qubits feem ntau yog li lub mount yuav haum rau hauv lub thawv nqa, uas yog li cas peb coj nws mus rau peb IEEE/ACM SC18 tshawb fawb nthuav tawm.

Kauj ruam 9: Hom Nws

Ua cov kauj ruam kawg, tsis txhob hnov qab sau koj lub computer quantum!

Peb 3D-luam daim ntawv npe ua xim dub rau ntawm kub, uas tom qab ntawd tau kho rau ntoo ua ntej ntawm lub hauv paus. Xav tias dawb los sau koj li los ntawm lwm txoj hauv kev, xws li 2D-luam tawm ntawm daim duab PDF daim ntawv npe nrog lub laser lossis tshuab luam ntawv inkjet. Nws kuj tseem yuav tsis ua mob rau daim ntawv lo qub qubit nrog nws txoj haujlwm, tshwj xeeb tshaj yog tias koj tau muaj tswv yim zoo txog qhov koj npaj cov qubits ntawm lub hauv paus.

Koj kuj tseem yuav txaus siab muab 3D luam tawm qubit keychains; lawv tsis muaj kev cuam tshuam lossis tsis yog lawv tau tsav tsheb, tab sis lawv tig tau dawb thaum koj tshuab rau lawv thiab ua qhov nco zoo hauv tsev ntawm KREQC ua qauv qhia.